本發(fā)明涉及半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域中的基座結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

外延生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)50年代末60年代初。當(dāng)時(shí)為了制造高頻大功率器件，需要減小集電極串聯(lián)電阻，又要求材料能耐高壓和大電流，因此需要在低阻值襯底上生長(zhǎng)一層薄的高阻外延層。外延生長(zhǎng)的新單晶層可在導(dǎo)電類(lèi)型、電阻率等方面與襯底不同，還可以生長(zhǎng)不同厚度和不同要求的多層單晶，從而大大提高器件設(shè)計(jì)的靈活性和器件的性能。外延片被廣泛用于大規(guī)模集成電路中改善材料質(zhì)量，是目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。

由外延生長(zhǎng)的grove模型可得外延反應(yīng)速率公式：其中：ct為在氣體中每cm³的所有分子總數(shù)；n是形成薄膜的單位體積中的原子數(shù)，對(duì)硅外延n為5×10²²每cm³；hg是質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)(cm/sec)；ks是表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)(cm/sec)，y為在氣體中反應(yīng)劑分子的摩爾比值。由公式可知，當(dāng)反應(yīng)劑量y一定時(shí)，生長(zhǎng)速率v由hg和ks中較小者決定。進(jìn)一步分析可知，hg質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)主要影響因素為外延生長(zhǎng)反應(yīng)表面的滯留層厚度，反應(yīng)氣體的氣流變化會(huì)影響滯留層厚度；ks表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)主要影響因素為沉積反應(yīng)表面的溫度，石墨基座的溫度會(huì)影響外延生長(zhǎng)反應(yīng)表面的溫度。外延片的主要參數(shù)在襯底表面生長(zhǎng)的外延層的電阻率均勻性和厚度均勻性，其中電阻率均勻性主要受表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)影響，對(duì)反應(yīng)溫度變化較敏感，外延層厚度均勻性主要受質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)影響，對(duì)反應(yīng)氣體氣流變化較敏感。

外延生長(zhǎng)過(guò)程需要將襯底放置在在反應(yīng)腔體內(nèi)的石墨基座載具上進(jìn)行。在電磁感應(yīng)加熱外延爐中襯底外延生長(zhǎng)的溫度主要由裝載它的石墨基座的溫度決定，電磁感應(yīng)的加熱方式?jīng)Q定了石墨基座的溫度分布由石墨基座的形狀、加熱線圈的形狀、石墨基座及線圈間相對(duì)位置決定。同理，石墨基座正面的形狀直接影響反應(yīng)氣體的氣流分布，為了獲得較好的外延層厚度均勻性，目前普遍的在基座正面設(shè)計(jì)出片坑，將襯底放置其中，使得襯底表面和基座表面齊平。挖出的片坑對(duì)石墨基座的形狀產(chǎn)生了影響，主要影響到石墨基座的厚度，以18mm厚的標(biāo)準(zhǔn)石墨基座為例，其片坑深度為0.7mm；在石墨基座材質(zhì)相同，電阻率相同的情況下，厚度不同導(dǎo)致電磁感應(yīng)阻抗的不均勻度在3％-4％；經(jīng)計(jì)算，在1100℃左右的外延生長(zhǎng)溫度下，片坑可導(dǎo)致基座表面溫度分布的不均勻性達(dá)到30℃到40℃。

在batch外延爐中，為提高產(chǎn)能同時(shí)淀積多片外延片，一種典型的6“batch外延爐中一次可以外延生長(zhǎng)8片，為提高工藝均勻性，外延生長(zhǎng)過(guò)程中要求基座需要圍繞軸心旋轉(zhuǎn)。因此對(duì)于batch外延爐石墨基座，其徑向溫度差異可以通過(guò)工藝調(diào)試感應(yīng)線圈方法來(lái)調(diào)節(jié)，但其同一半徑的周向的溫度差異無(wú)法通過(guò)工藝調(diào)試線圈高度等方法來(lái)改善；而周向的溫度差異可引起外延生長(zhǎng)的電阻率參數(shù)均勻性變差，還進(jìn)一步引發(fā)滑移線，裂片等缺陷。目前單面基座設(shè)計(jì)上難以實(shí)現(xiàn)不影響氣流的條件下的溫度均勻分布，如圖1所示，一個(gè)平板式batch石墨基座的一個(gè)實(shí)施例片坑有八片，硅片上部和下部溫差可以通過(guò)調(diào)節(jié)線圈解決，但片坑間溫差會(huì)同步提升降低，不能通過(guò)調(diào)節(jié)線圈解決。

因?yàn)橥庋庸に噷?duì)參與反應(yīng)的氣體純度有極高的要求，特氣純度要求99.9999％以上，使用單純石墨材料會(huì)因?yàn)槭馁|(zhì)本身的微孔導(dǎo)致工藝雜質(zhì)吸附釋放，造成產(chǎn)品失效。

因此，亟待解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種在不影響外延生長(zhǎng)的氣流的前提下，可提高外延生長(zhǎng)的溫度的一致性和改善電阻率參數(shù)均勻性的電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所述的一種電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)，包括表面涂覆有碳化硅涂層的石墨基座，該石墨基座的上表面具有若干個(gè)繞軸心均布的片坑，在所述石墨基座的下表面具有與每一片坑相對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)。該雙面基座結(jié)構(gòu)在基座下表面對(duì)應(yīng)片坑位置增設(shè)凸臺(tái)，實(shí)現(xiàn)石墨基座上同一半徑下的周向各位置上的溫度可調(diào)節(jié)，從而保障在不改變石墨基座表面片坑形狀即在不影響外延生長(zhǎng)的氣流的前提下，保持石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的一致性，從而提高外延生長(zhǎng)的溫度的一致性，獲得較好的外延層厚度均勻性。

其中，所述凸臺(tái)的高度與片坑的深度相同。

優(yōu)選的，所述凸臺(tái)的直徑與片坑的最大直徑相同。凸臺(tái)與片坑的高度和直徑可根據(jù)不同的工藝要求設(shè)置，其高度和直徑可一致，亦可各不相同，根據(jù)實(shí)際需要改變石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的分布，以達(dá)到特殊的溫度分布的目的。

優(yōu)選的，所述石墨基座為6英寸平板基座，該石墨基座的片坑深度為0.65～0.75mm。6英寸平板石墨基座其標(biāo)準(zhǔn)厚度為18mm，片坑的適宜深度為0.65～0.75mm，最優(yōu)厚度為0.7mm，將襯底放置在片坑內(nèi)時(shí)，確保襯底表面和基座表面相平齊。

進(jìn)一步，所述凸臺(tái)的上下邊沿設(shè)有圓弧倒角，該圓弧倒角的半徑為0.2～0.4mm。

優(yōu)選的，所述片坑的邊沿設(shè)有圓弧倒角，該圓弧倒角的半徑為0.2～0.4mm。該雙面石墨基座的表面涂覆有碳化硅涂層，該涂層厚度一般為0.1mm，在凸臺(tái)和片坑上設(shè)置圓弧倒角，可避免因碳化硅和石墨的膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的石墨基座上產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)從而使得石墨基座產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。

進(jìn)一步，所述石墨基座為4、5、8、12或16英寸基座。

再者，所述石墨基座為平板基座或桶式基座。

優(yōu)選的，所述石墨基座應(yīng)用于mocvd或sic外延設(shè)備。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先該雙面基座結(jié)構(gòu)在基座下表面對(duì)應(yīng)片坑位置增設(shè)凸臺(tái)，實(shí)現(xiàn)石墨基座上同一半徑下的周向各位置上的溫度可調(diào)節(jié)，從而保障在不改變石墨基座表面片坑形狀即在不影響外延生長(zhǎng)的氣流的前提下，保持石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的一致性，從而提高外延生長(zhǎng)的溫度的一致性，獲得較好的外延層厚度均勻性；其次，凸臺(tái)與片坑的高度和直徑可根據(jù)不同的工藝要求設(shè)置，其高度和直徑可一致，亦可各不相同，根據(jù)實(shí)際需要改變石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的分布，以達(dá)到特殊的溫度分布的目的；再者該雙面石墨基座的表面涂覆有碳化硅涂層，該涂層厚度一般為0.1mm，在凸臺(tái)和片坑上設(shè)置圓弧倒角，可避免因碳化硅和石墨的膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的石墨基座上產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)從而使得石墨基座產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象；最后該雙面基座結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足常溫裝片，在高純氣氛條件下，外延生長(zhǎng)溫度1100℃的生產(chǎn)條件，提高了石墨基座溫度的一致性，有效避免因?yàn)闇囟炔灰恢乱鸬碾娮杪示鶆蛐詤?shù)不一致，同時(shí)保持了襯底表面的氣流一致性，提升外延主要參數(shù)一致性性能，并能改善同批次一爐內(nèi)外延片左右側(cè)的滑移線和裂片問(wèn)題，提高了產(chǎn)品品質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有平板式石墨基座的片坑分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中石墨基座的截面剖視圖；

圖3為圖2中局部放大圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖2所示，本發(fā)明一種電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)，包括石墨基座2，該石墨基座2的上表面具有若干個(gè)繞軸心均布的片坑3，將襯底放置在片坑3內(nèi)，使得襯底表面和石墨表面齊平。上述石墨基座2可選用為4、5、6、8、12或16英寸基座，亦可按照工藝要求選擇平板基座或桶式基座。本實(shí)施例中優(yōu)選6英寸平板基座，該石墨基座2的片坑深度為0.65～0.75mm。6英寸平板石墨基座其標(biāo)準(zhǔn)厚度為18mm，片坑的適宜深度為0.65～0.75mm，最優(yōu)厚度為0.7mm，將襯底放置在片坑內(nèi)時(shí)，確保襯底表面和基座表面相平齊。

為了解決片坑間溫差的調(diào)節(jié)問(wèn)題，本發(fā)明在上述石墨基座2的下表面具有與每一片坑3相對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)4。該雙面基座結(jié)構(gòu)中的片坑和凸臺(tái)的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了石墨基座上同一半徑下的周向各位置上的溫度可調(diào)節(jié)，從而保障在不改變石墨基座表面片坑形狀即在不影響外延生長(zhǎng)的氣流的前提下，保持石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的一致性，從而提高外延生長(zhǎng)的溫度的一致性，獲得較好的外延層厚度均勻性。

凸臺(tái)與片坑的高度和直徑可根據(jù)不同的工藝要求設(shè)置，其高度和直徑可一致，亦可各不相同，根據(jù)實(shí)際需要改變石墨基座電磁感應(yīng)阻抗的分布，以達(dá)到特殊的溫度分布的目的。6英寸平板石墨基座中的凸臺(tái)4的高度h2與片坑3的深度h1優(yōu)選為兩者相同，同時(shí)凸臺(tái)4的直徑φ2與片坑3的最大直徑φ1相同。

為了克服因使用單純石墨材料會(huì)因?yàn)槭馁|(zhì)本身的微孔導(dǎo)致工藝雜質(zhì)吸附釋放，造成產(chǎn)品失效等問(wèn)題，需在該石墨基座2的表面涂覆一層致密的碳化硅涂層1，該涂層的厚度一般為0.1mm。但又因?yàn)樘蓟韬褪臒崤蛎浵禂?shù)不同，而外延工藝條件需要基座在室溫裝片，并加熱到在1100℃左右的高溫反應(yīng)條件下外延生長(zhǎng)，基座工藝條件溫度變化接近1080℃，因熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力。本發(fā)明在凸臺(tái)4的上下邊沿和片坑3的邊沿上均設(shè)有圓弧倒角，該圓弧倒角的半徑為0.2～0.4mm，可避免因碳化硅和石墨的膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的石墨基座上產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)從而使得石墨基座產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。

本發(fā)明中的石墨基座2亦可應(yīng)用于mocvd或sic外延設(shè)備。

雖然本發(fā)明通過(guò)實(shí)例進(jìn)行了描述，但實(shí)施例并非用來(lái)限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明精神的范圍內(nèi)，做出各種變形和改進(jìn)，所附的權(quán)利要求應(yīng)包括這些變形和改進(jìn)。本發(fā)明針對(duì)電磁感應(yīng)加熱外延爐的雙面基座結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，但不局限于平板外延爐用，也可用于外延等相關(guān)領(lǐng)域。